JP6568672B2 - System and method for detecting defects on specular surfaces in a vision system - Google Patents
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Description
関連出願
本出願は2015年11月13日に出願された同時係属米国特許仮出願第62/255360号「ビジョンシステムで鏡面上の欠陥を検出するためのシステム及び方法」、2015年12月31日に出願された米国特許仮出願第62/274094号「ビジョンシステムで鏡面上の欠陥を検出するためのシステム及び方法」、及び2016年10月5日に出願された米国特許仮出願第62/404431号「ビジョンシステムで鏡面上の欠陥を検出するためのシステム及び方法の利益を主張するものであり、その教示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
技術分野
RELATED APPLICATIONS This application is a co-pending US Provisional Application No. 62 / 255,360, “System and Method for Detecting Specular Defects in a Vision System,” filed November 13, 2015, December 31, 2015. US Provisional Application No. 62 / 274,944 entitled “System and Method for Detecting Specular Defects with a Vision System”, and US Provisional Patent Application No. 62/404431, filed Oct. 5, 2016. No. "claims the benefits of a system and method for detecting specular defects in a vision system, the teachings of which are incorporated herein by reference.
Technical field
本発明はオブジェクトの表面を検査するためのマシンビジョンシステム、より具体的には鏡面を検査するビジョンシステムに関する。 The present invention relates to a machine vision system for inspecting the surface of an object, and more particularly to a vision system for inspecting a mirror surface.
本明細書で「ビジョンシステム」とも呼ばれるマシンビジョンシステムは、製造環境において多様なタスクを実行するために使用されている。一般にビジョンシステムは、製造中のオブジェクトを包含するシーンのグレースケール又はカラー画像を取得する画像センサ(又は「イメージャ」)を備えた1台以上のカメラからなる。オブジェクトの画像を分析してデータ/情報をユーザ及び関連する製造工程に提供できる。画像によって生み出されたデータは通常はビジョンシステムにより1台以上のビジョンシステムプロセッサで分析及び処理され、ビジョンシステムプロセッサはそれ専用に製造されているか、又は汎用コンピュータ(例えばPC、ラップトップ、タブレット又はスマートフォン)内で作成される1以上のソフトウェアアプリケーションの一部であることができる。ビジョンシステムによって実行される一部のタイプのタスクは、静止している面又は動いている面(搬送)、例えばコンベヤ又はモーションステージの上のオブジェクト及び表面の検査を含んでいてもよい。 Machine vision systems, also referred to herein as “vision systems”, are used to perform a variety of tasks in a manufacturing environment. In general, a vision system consists of one or more cameras equipped with an image sensor (or “imager”) that captures a grayscale or color image of a scene containing the object being manufactured. The image of the object can be analyzed to provide data / information to the user and associated manufacturing process. The data produced by the images is usually analyzed and processed by a vision system on one or more vision system processors, which are either manufactured for it or are general purpose computers (eg PCs, laptops, tablets or smartphones). ) Can be part of one or more software applications created within. Some types of tasks performed by the vision system may include inspection of objects and surfaces on stationary or moving surfaces (conveyance), such as conveyors or motion stages.
鏡面仕上げのオブジェクトで表面検査を実行することは、ビジョンシステムにとって難題であり得る。一般に、表面からの反射は欠陥及び表面欠点(例えば小さい凹部/谷部及び/又は凸部/丘部)を引き起こすことがあり、これらは周囲の表面に対する小さいエリアにおける傾斜の小さい差を表すが、カメラに進入する大量の反射光によって消し去られると見られる。鏡面上の表面欠点の検出を試みるための1つの技術は、暗視野照明を使用するものであり、オブジェクトに投影された照明光は対物レンズに集められない。これは光を散乱させるどんな表面欠点も目立たせるのに役立つ。しかしながらこの技術は、オブジェクトとカメラアセンブリとの間の相対運動を含む環境では設定及び使用の点で制限がある。 Performing surface inspection on mirror-finished objects can be a challenge for vision systems. In general, reflections from the surface can cause defects and surface defects (e.g. small depressions / valleys and / or protrusions / hills), which represent a small difference in slope in a small area relative to the surrounding surface, It seems to be erased by a large amount of reflected light entering the camera. One technique for attempting to detect surface imperfections on specular surfaces uses dark field illumination, and the illumination light projected onto the object is not collected by the objective lens. This helps to highlight any surface defects that scatter light. However, this technique is limited in terms of setup and use in environments that involve relative movement between the object and the camera assembly.
本発明は、ナイフエッジ技術を用いて鏡面上の鏡面欠陥を検出して撮像するためのシステムと方法を提供することによって先行技術の短所を克服する。ここにおいてカメラアパーチャ又は外部デバイスは光路内に物理的ナイフエッジ構造を形成するように設定され、ナイフエッジ構造は照明された所定の傾斜度の鏡面からの反射光線を効果的に遮断し、異なる傾斜で偏向された光線がビジョンシステムカメラセンサに到達するのを可能にする。一実施形態において照明は光学系によって集光されて、検査中の表面の区域より大きい面積で照明器から進出し、表面の区域に収束する。光は(鏡面)区域によって反射されて、カメラの入射アパーチャの近傍か、又はカメラ内部のアパーチャ絞り(例えば調節可能なアイリス)上のスポットに収束し続ける。いずれかの位置で、光表面の平坦部から反射される光はほとんどがナイフエッジ又はアパーチャ絞りによって遮断される。逆に欠陥の傾斜部から反射する光はほとんどが入射アパーチャ内に反射される。照明ビームはカメラの光軸に対して傾斜して、検査中の表面に対する適当な入射角度を提供する。例示的に、照明器は偏光された光をオブジェクトの表面に伝達する直線偏光子を含んでいてもよい。オブジェクトは多層であってよく、(例えば偏光層)を含んでいてもよい。偏光された光は表面からカメラセンサ/カメラ光学系で交差偏光子内に反射される。例示的に、表面は静止して2Dセンサ配列によって取得されてよく、又は表面はカメラに対して相対的に動くことができ、この場合はカメラはライン走査カメラ又はライン走査センサと定義され得る。 The present invention overcomes the disadvantages of the prior art by providing a system and method for detecting and imaging specular defects on a specular surface using knife edge technology. Here the camera aperture or external device is set up to form a physical knife edge structure in the optical path, which effectively blocks the reflected light from the illuminated mirror surface of a given tilt and has a different tilt. Allows the light beam deflected in to reach the vision system camera sensor. In one embodiment, the illumination is collected by an optical system and advances from the illuminator with a larger area than the area of the surface under inspection and converges to the area of the surface. The light is reflected by the (specular) area and continues to converge to a spot near the entrance aperture of the camera or on an aperture stop (eg, an adjustable iris) inside the camera. At either position, most of the light reflected from the flat portion of the light surface is blocked by the knife edge or aperture stop. On the contrary, most of the light reflected from the inclined portion of the defect is reflected in the incident aperture. The illumination beam is tilted with respect to the optical axis of the camera to provide an appropriate angle of incidence with respect to the surface under inspection. Illustratively, the illuminator may include a linear polarizer that transmits polarized light to the surface of the object. The object may be multi-layered and may include (eg, a polarizing layer). Polarized light is reflected from the surface by the camera sensor / camera optics into the crossed polarizer. Illustratively, the surface may be acquired stationary by a 2D sensor array, or the surface may move relative to the camera, in which case the camera may be defined as a line scan camera or a line scan sensor.
例示的な実施形態において、オブジェクトの鏡面上の欠陥を撮像するためのシステム及び方法が提供される。表面は、画像センサと光学系を有し且つ光軸を規定するビジョンシステムカメラによって撮像される。照明器アセンブリは、光軸に対して平行でない表面に構造化光線を所定の角度で投影する。ナイフエッジ部材は、光学系の最大視野の一部を可変に塞ぐ光学系と関連付けられている。ナイフエッジ部材と所定の角度はそれぞれ、光学系を通してセンサに反射される光が実質的に表面上の欠陥特徴の傾斜した丘部と谷部若しくはリップル及び波形から伝達されて、反射光がナイフエッジ部材によって塞がれた傾斜した欠陥特徴を包囲するように設定されている。例示的に、ナイフエッジ部材は光学系内の可変アパーチャを含み、所定の角度は平坦な表面からの表面変形の傾斜と関連付けられている。実施形態において、センサは2Dセンサであり及びオブジェクトはカメラに対して静止している。或いは、センサはライン走査カメラ構成と定義され、オブジェクトはカメラに対して動いており、照明器アセンブリは、照明のラインを表面に投影する。ライン照明器を使用することにより、動いている部品の検査及び2Dセンサからの単一の画像によってカバーされるフィールドよりはるかに大きい部品の検査が可能になる。実施形態において、照明は可視光に加えて、実質的に赤外光又は近赤外光波長レンジと定義され、オブジェクトは反射防止コーティング及び/又は偏光層を含む層と定義され得る。この場合に、照明は偏光されることができ、照明器の光学系は偏光フィルタを含む。非制限的な例として、オブジェクトはAMOLEDディスプレイであることができ、偏光層は1/4λリターダであり、偏光フィルタは交差偏光フィルタと定義される。照明器は偏光照明のための偏光子を含んでよく、照明器の光学系は偏光フィルタを含む。照明源はナイフエッジ構造の近傍のポイントに向かって収束する集光ビームと定義できる。ナイフエッジ構造は光学系の前方の光路上(光学系とオブジェクトの間)に位置決めされた外部構造であることができる。例示的に、照明器アセンブリはビジョンシステムカメラの光軸上にあるビームスプリッタを通して光を投影し、照明器アセンブリからの軸外照明はビームスプリッタにより光軸と一致するオブジェクト表面に向けて投影される。別の実施形態では、照明器アセンブリは複数の照明源と定義され、各々光をそれぞれのビームスプリッタ内に投影し、各ビームスプリッタはビジョンシステムカメラの光軸上にあって、各照明源から出る軸外照明はビームスプリッタによりそれぞれ光軸と一致するオブジェクト表面に向けて投影される。 In an exemplary embodiment, a system and method for imaging a specular defect on an object is provided. The surface is imaged by a vision system camera having an image sensor and an optical system and defining an optical axis. The illuminator assembly projects structured light at a predetermined angle onto a surface that is not parallel to the optical axis. The knife edge member is associated with an optical system that variably blocks a part of the maximum field of view of the optical system. The knife edge member and the predetermined angle, respectively, cause the light reflected by the sensor through the optical system to be transmitted substantially from the sloped hills and valleys or ripples and ripples of the defect feature on the surface, and the reflected light is the knife edge. It is set to surround the tilted defect feature blocked by the member. Illustratively, the knife edge member includes a variable aperture in the optical system, and the predetermined angle is associated with a slope of the surface deformation from a flat surface. In an embodiment, the sensor is a 2D sensor and the object is stationary with respect to the camera. Alternatively, the sensor is defined as a line scan camera configuration, the object is moving relative to the camera, and the illuminator assembly projects a line of illumination onto the surface. Using a line illuminator allows inspection of moving parts and inspection of parts much larger than the field covered by a single image from a 2D sensor. In embodiments, illumination can be defined as a substantially infrared or near infrared wavelength range in addition to visible light, and an object can be defined as a layer that includes an anti-reflective coating and / or a polarizing layer. In this case, the illumination can be polarized and the illuminator optics includes a polarizing filter. As a non-limiting example, the object can be an AMOLED display, the polarizing layer is a 1 / 4λ retarder, and the polarizing filter is defined as a crossed polarizing filter. The illuminator may include a polarizer for polarized illumination, and the illuminator optics includes a polarizing filter. The illumination source can be defined as a focused beam that converges toward a point in the vicinity of the knife edge structure. The knife edge structure can be an external structure positioned on the optical path in front of the optical system (between the optical system and the object). Illustratively, the illuminator assembly projects light through a beam splitter that is on the optical axis of the vision system camera, and off-axis illumination from the illuminator assembly is projected by the beam splitter toward the object surface that coincides with the optical axis. . In another embodiment, the illuminator assembly is defined as a plurality of illumination sources, each projecting light into a respective beam splitter, each beam splitter being on the optical axis of the vision system camera and exiting from each illumination source Off-axis illumination is projected by the beam splitter toward the object surface that coincides with the optical axis.
例示的に、ナイフエッジ部材は光軸上に置かれた光学系内の隠蔽構造体であることができる。隠蔽構造体は光学系の前面に隣接して設けられたマスク素子上にある。隠蔽構造体は特徴と関連付けられた散乱光を選択的に強化又は抑制するように配置され得る。隠蔽構造体は光学系の延長方向にわたって延びるラインと定義され、光学系上の焦点を合わせた照明スポットのサイズと相対的である延長の方向に対して横断方向の幅を有することができる。延長の方向は特徴の向きによって定義され得る。マスク素子は周囲のラインの対向する各側で周囲の不透明な区域及びラインと不透明な区域との間の線状アパーチャを含む。隠蔽構造体はほぼ光軸上にセンタリングされたディスクを含み、1以上の特徴のサイズと相対的である直径を有する。環状区域はディスクを包囲でき、ディスクと環状区域の内周との間の環状アパーチャを規定できる。環状区域は散乱光を抑制するように配置され得る。例示的に、マスク素子はスナップ式又はねじ式のレンズカバーの少なくとも1つであることができ、アップリケは光学系の前面上に置かれ、可変パターン電気光学機構は光学系上に置かれている。実施形態において、配置構成は光学系と関連して置かれた第1の偏光子と、照明器と関連して置かれた第2の偏光子を含んでいてもよい。 Illustratively, the knife edge member can be a concealment structure in an optical system placed on the optical axis. The masking structure is on a mask element provided adjacent to the front surface of the optical system. The obscuring structure may be arranged to selectively enhance or suppress scattered light associated with the feature. A concealment structure is defined as a line extending across the extension direction of the optical system and can have a width transverse to the direction of extension relative to the size of the focused illumination spot on the optical system. The direction of extension can be defined by the orientation of the feature. The mask element includes a surrounding opaque area and a linear aperture between the line and the opaque area on opposite sides of the surrounding line. The concealment structure includes a disk centered about the optical axis and has a diameter that is relative to the size of one or more features. The annular area can surround the disk and can define an annular aperture between the disk and the inner periphery of the annular area. The annular area can be arranged to suppress scattered light. Illustratively, the mask element can be at least one of a snap-on or screw-type lens cover, the applique is placed on the front surface of the optical system, and the variable pattern electro-optic mechanism is placed on the optical system. . In an embodiment, the arrangement may include a first polarizer placed in association with the optical system and a second polarizer placed in association with the illuminator.
以下に本発明について添付の図面を参照して説明する。 The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
I.システムの概観 I. System overview
図1は、例示的な実施形態による例示的なビジョンシステム配置構成100のブロック図であり、シーンは定置ビジョンシステムカメラ120を基準に配置された静止した鏡面オブジェクト110を包含している。この実施形態では、ビジョンシステムカメラ120は(例えば)方形配置によるピクセルのNXM配列を有する2次元(2D)画像センサSを含んでいる。カメラは、任意の許容可能なレンズアセンブリ(例えばCマウント、Fマウント又はM12ベースレンズ)を含んでいてもよい光学系パッケージを有する。この実施形態では、レンズは手動又は自動アパーチャ制御−例えば可変アイリス−を含んでおり、ユーザ又は他の外部コントローラは適当なアパーチャ設定124を入力できる(以下に説明する)。センサSと光学系OCは共に、一般にオブジェクト110の一般化された表面に対して垂直な光軸OAを規定する。一実施形態において配置構成100は、光の(例えば光学系OIにより)コリメートされたビーム132を表面110に投影する照明器130を含む。ビーム132は、大部分オブジェクトに達して、残りのシーンに拡大しないように適合されている。ビーム132は、オブジェクト110の鏡面の一般化された平面に対して角度Aに向けられている。この角度Aは垂直面Nに対して直角ではない(典型的には鋭角)。垂直面Nは一般にカメラ光軸OAに対して平行である。
FIG. 1 is a block diagram of an exemplary
図示されているように、オブジェクト110の表面は下方に渦を巻いた谷部(「凹部」とも呼ぶ」)又は上方に突き出た丘部(「凸部」とも呼ぶ)であることができる欠陥特徴140を含んでおり、これらは以下に説明する配置構成及び技術を用いて効果的に撮像される。例示的な実施形態で照明されたシーン及びオブジェクト110からの画像データ140は、ビジョンシステムプロセッサ150に伝達される。プロセッサ150は、1以上のカメラアセンブリに直接統合でき、又は図示されているように、適当なユーザインタフェース(例えばマウス162、キーボード164)とディスプレイ機能(スクリーン及び/又はタッチスクリーン166)を備えた別個のコンピューティングデバイス160内に設けることができる。コンピューティングデバイス160はサーバー、PC、ラップトップ、タブレット、スマートフォン又は専用に製造された処理デバイス、並びに他のタイプのプロセッサ及びこれに付随する記憶装置、ネットワーキング構成、データストレージなどを含んでいてもよいが、これは当業者には自明であろう。
As illustrated, the surface of the
ビジョンシステムプロセス(プロセッサ)150は、多様な機能的ソフトウェアプロセス及びモジュールを含んでいてもよい。プロセス/モジュールは、カメラ/センサ及び照明器130の種々のパラメータに対するコントローラ152を(照明制御情報170を介して)含んでいてもよい。ビジョンシステムプロセス(プロセッサ)150は、種々のビジョンツール152、例えば特徴検出器(例えばエッジ検出器、コーナ検出器、ブロブツールなど)も含んでいる。これらのツールは画像の表面特徴を解析して、照明及び以下に説明する光学的条件の下で(例えば)欠陥特徴140を探すために使用される。ビジョンシステムプロセッサは、表面上の欠陥を探して特定する種々のツール154を使用する欠陥探知器/探知モジュール156も含んでいる。欠陥は定量化でき、相応の情報172を処理プロセス(例えば部品拒否及びアラートプロセス)174に伝達され得る。
The vision system process (processor) 150 may include a variety of functional software processes and modules. The process / module may include a controller 152 (via illumination control information 170) for various parameters of the camera / sensor and
以下に述べるように、種々の実施形態でカメラ120は(光路内に)偏光フィルタPを含んでいてもよい。偏光された光線を表面に伝達するために、照明器上に他のフィルタPIを設けることができる。
As described below, in various embodiments, the
図2を参照すると、ビジョンシステム配置構成200が示されており、鏡面を有する例示的なオブジェクト200は、撮像されたシーンにわたり運動方向(矢印M)に沿って向けられている。例示的に、オブジェクトはモーションステージ又はコンベヤを含み得る搬送装置212によって動かされる。この実施形態ではカメラ220はセンサS1と光学系OC1を含んでいる。この実施形態では例示的にセンサS1はピクセルの1D配列(又は1列のピクセルがアドレス指定された2D配列)として配置されており、それによりライン走査カメラを定義する。一実施形態において、カメラは2Dピクセル配列の1以上のラインを読み出すことを可能にするように作動できる。そのような構成において、技術当業者には自明であるべき時間領域法を用いてラインからのピクセル情報を単一の画像に結合できる。このようにしてオブジェクトは機械的に走査でき、その一方でイメージャが漸進的に走査された部品の画像を連続的に読み出して形成する。従って画像の寸法は、撮像システム又は検出器の高コントラストの面積よりはるかに大きくてもよい。代替的な実施形態において、撮像/照明システムは部品が静止したまま一体として走査できることに留意されたい。従ってライン走査は、高いコントラストがスポット又は区域に集中される図1の静止した配置構成と反対に、しばしば無制限のサイズのエリアにわたり高コントラストを提供できる。しかしながら、動いているオブジェクト構成も静止したオブジェクト構成も特定の用途でそれぞれ利点がある。
Referring to FIG. 2, a
光学系OC1は上述したようにアパーチャ制御224を含んでいる。シーンは、例示的光のライン232をオブジェクト210のシーン及び表面に投影する照明器230によって照明される。特に、ラインはセンサピクセル配列の延長方向に対して平行に、且つ運動の方向Mに対して直角に延びている。カメラセンサS1及び光学系OC1の光軸OA1は、一般にオブジェクトの一般化された表面に対して直角/垂直であり、投影された光の「扇」は表面に対する垂直面N1に対して直角ではない角度(鋭角)1に向けられている。カメラは画像データ240を一連の走査ラインの形式でビジョンシステムプロセス(プロセッサ)250に伝達する。プロセス(プロセッサ)は上述したプロセス(プロセッサ)150(図1)と同様に作動する。この実施形態では、搬送装置も運動情報(例えばエンコーダのクリック又はパルスの形式)242をプロセス(プロセッサ)250に伝達する。この情報は各走査ラインをオブジェクトの物理的座標空間に対して(例えば各パルスと関連した運動方向Mにおける所定の物理的運動増分に基づいて)登録するために用いられる。これによりプロセス(プロセッサ)250が一連の1Dピクセルラインからオブジェクトの2D画像を構成することが可能になる。プロセス(プロセッサ)250は、適当な処理デバイス(図示されていないが上記のデバイス160と同様)の一部であってよい。プロセス(プロセッサ)250は、照明制御270も提供し、イメージャ及び照明制御252、ビジョンシステムツール254及び欠陥探知器256の作動に基づいてオブジェクト表面に対する適当な欠陥情報を供給する。これらは上述したプロセス(プロセッサ)150(図1)におけるものと同様に作動する。カメラ光学系は偏光子P1を含むことができ、照明器230も同様に偏光子を含むことができ、その機能は以下に説明する。
The optical system OC1 includes the aperture control 224 as described above. The scene is illuminated by an
一実施形態において、照明器はLED駆動、光ファイバー照明器又はその他の許容可能な照明器であることができる。いずれかの配置構成において、光は可視光、赤外光又は近赤外光、及びその他の波長で提供されてよい。種々の実施形態で、オブジェクトとカメラとの間の相対運動はオブジェクトを動かすことによって、カメラを動かすことによって、又はオブジェクトとカメラの両方を動かすことによって達成できることに留意されたい。動きは直線状でも弓状でもよい。 In one embodiment, the illuminator can be an LED driven, fiber optic illuminator or other acceptable illuminator. In either arrangement, light may be provided at visible light, infrared light or near infrared light, and other wavelengths. Note that in various embodiments, the relative motion between the object and the camera can be achieved by moving the object, by moving the camera, or by moving both the object and the camera. The movement may be linear or arcuate.
II.光学的関係 II. Optical relationship
凹部及び丘欠陥などの表面変形を含む鏡面を有するオブジェクトの画像を取得するための2つの例示的な配置構成100及び200を説明したので、ここで種々の例示的な表面と関連したシステムの作動について詳細に説明する。以下の記述は両構成に該当する。図3の例示的な(模式的)配置構成300に図示されているように、丘部312と谷部314を含む例示的な表面310が、直角ではない角度に向けられた光源によって照明される。照明器320は表面上310で照明されたスポットによるエリア(幅ISで表す)より一般に大きいエリア(幅IAで表す)を規定する。この照明されたスポット又は表面が検査される区域であり、丘部と谷部を含むことがある。照明器320内の適当な集光光学系(慣用的であってよい)に基づいてスポットに収束される照明の光線322及び反射された光線324は、いずれかのカメラの入射アパーチャの近傍か、又はカメラ内部のアパーチャ絞り上にあるスポット326まで収束し続ける。いずれかの位置で、表面から反射された光は主としてナイフエッジ構造330及び/又はアパーチャ絞り(例えば可変レンズアイリス)によって遮断される。照明ビームとカメラ光軸342は互いに及び表面310に対して相対的に傾いていることに基づいて、丘欠陥と谷欠陥の傾斜部から反射する光(光線344)は、ほとんどがナイフエッジ構造330のそばで光学系340の入射アパーチャ内に反射されてセンサ350に到達する。各欠陥の反対側のスロープに当たる光は全部射アパーチャ/光学系340から離れ及び/又はナイフエッジ構造330内に反射される(光線360)。
Having described two
その結果生じる表面310上の区域の画像370はシャドウグラフの形式を有しており、撮像された丘部372は、一方の半分が(対向するスロープから進入する光線344に基づいて)明るく、他方の半分が(反対側のスロープからの遮断された光線360に基づいて)暗い。これに対して撮像された谷部は、一方の半分が(遮断された光線360に基づいて)暗く、反対側の半分が(対向するスロープからの光線344に基づいて)明るい。このシステムはどちらの半分が暗く、どちらの半分が明るいかに基づいて丘部を谷部から識別できる。即ち、図示されている左半分の光は丘部を表し、右半分の光は谷部を表している。丘部と谷部を囲む区域は、暗いフィールド又はスロープ反射区域より明度が低いフィールドであってよい。この効果の結果としてカメラ光軸に対向するスロープは反射光を光軸に集中し、このスロープ(一次導関数)における偏差は欠陥に対する明度の高いコントラスト変化を生む傾向がある。これに対して欠陥を包囲する区域からの光はナイフエッジの傾きと遮断効果を組み合わせることによって効果的に減衰される(明度が数桁小さい)。
The resulting image 370 of the area on the
配置構成300のセットアップが表面に対するカメラの傾きと間隔を基準にして照明ビームの適当な間隔と傾きを伴うことは当業者には自明であろう。次に外部構造を位置決めし、又は調節可能なアイリスを動かすことによるナイフエッジの設定を用いて、撮像されたフィールドにおける欠陥を強化するために必要な光の遮断の望ましいレベルを導出する。
Those skilled in the art will appreciate that the setup of the
III.その他の応用 III. Other applications
上記のビジョンシステム配置構成は、多様なオブジェクト及び表面で作動できる。配置構成400のライン走査バージョンが図4に示されており、ライン走査ビジョンシステムカメラ220(図2で既述)は、上述したように動いてライン照明器230の下を通過するオブジェクト420(動きM)を撮像する。例示的な実施形態において、照明器230は直線偏光子PI1を含むことができ、カメラ光学系OC1は交差偏光フィルタP1を含んでいてもよい。例を挙げると、オブジェクトは層状鏡面、例えばAMOLEDディスプレイであることができる。この例は、ガラス又はサファイア最上層424の上に施した反射防止コーティング422を含む。これは偏光子及び/又は他のフィルタ及び能動ディスプレイ層428の上にあるコーティング426をカバーする。能動層428は、層の上にある例示的な丘欠陥430と、層の下にある谷欠陥440を含む。
The vision system arrangement described above can work with a variety of objects and surfaces. A line scan version of the
カメラ光軸OA1に対して傾きAP1にある照明器光線510を示す図5及び図6も参照すると、例示的な(能動)MOLED層428は慣用的な偏光回転層、例えば1/4λリターダであることができる。従って配置構成400は偏光された照明ビーム510を伝送することによってオブジェクト固有の特性を活用できる。最上面は典型的には一部の照明光510を通してフレネル反射によって反射する。この光はほとんどがカメラ光学系OC1の入射アパーチャのエッジによって遮断される。このアパーチャに進入できた残りの光は、入射アパーチャで照明偏光子PI1に対して90度に向けられた交差偏光子P1によって遮断される。最上層422、424に透過した照明光は1/4λリターダを通過して、能動表面428に反射し、その後で2度目に1/4λリターダを通過して、第1の通過の後で直線偏光から円偏光に変換し、それから第2の通過で90度回転して直線偏光に戻る。この反射光線520は表面から出て偏光子P1を通過してカメラ光学系OC1の入射アパーチャに入る。このようにして、欠陥(図5に示す丘部430及び図6に示す谷部440)を包含する層に到達する光だけが画像センサによって受光され、この受光された(フィルタリングされた)光は次いでナイフエッジにより解像されて傾斜した欠陥特徴が識別される。
Referring also to FIGS. 5 and 6 which show the
オブジェクトの表面上には種々異なる塗膜やコーティング層(例えば反射防止コーティング層422)が存在するため、赤外光又は近赤外光の波長レンジ/波長帯にある照明ビーム510を設けることが望ましい場合がある。鏡面(例えばMOLEDディスプレイなど)上のほとんどのコーティング及び塗膜は、可視光スペクトル内の光をフィルタリングするために用いられる。従って赤外光又は近赤外光照明器を使用すると、伝達される照明光の波長の方が長いためにこれらのコーティング又は塗膜層のフィルタリング効果が克服される。任意の許容可能な配置構成のナイフエッジ構造KE1は、カメラ光学系OC1と共同して設けられることに留意されたい。一実施形態において、これはレンズと偏光子P1の間に配置できる。以下に説明するように実施形態において、ナイフエッジは偏光子と統合され得る。
Since there are different coatings and coating layers (eg anti-reflection coating layer 422) on the surface of the object, it is desirable to provide an
図7を参照すると、ナイフエッジ構造は様々な方法でカメラ及び光学系の光路に適用できることが想定されている。刃712とブラケット714を有する基本的なナイフエッジ構造710が、ビジョンシステムカメラ730のレンズ光学系720の前部に組み付けられた状態で示されている。ナイフエッジ構造は全体アパーチャACの一部を塞いでおり、それにより照明器750の傾斜した照明ビーム740が表面760に反射すると相互作用する。
Referring to FIG. 7, it is envisaged that the knife edge structure can be applied to the optical path of cameras and optics in various ways. A basic
図8は、配置構成800の他の実施形態を示しており、1対の照明アセンブリ810及び812は、それぞれの光のビーム820及び822を欠陥を含む鏡面830に投影する。各ビーム820、822は、ビジョンシステムカメラ850の光学系852とセンサ854の光軸に対して異なる向き(それぞれの角度840及び842)で傾けられている。従って光は異なるスロープ(潜在的に丘部と谷部の反対側のスロープ)によって反射される。1対の対応するナイフエッジ構造860及び862は、光学系の前方入口に配置されて反射されたビーム820及び822をそれぞれ塞ぐ。或いは、光学系(レンズ)アセンブリ852の調節可能な(両矢870)アイリス872によって両ビームに対してナイフエッジを設けることができる。追加の(2以上の)照明器を使用して他の傾き角度で表面を照明でき、及び適当なナイフエッジ構造を採用できることに留意されたい。
FIG. 8 illustrates another embodiment of an
一般に、レンズアパーチャの調節は多様な方法で達成できる。レンズ本体に調整リングが設けられている場合、ユーザはそれを回転させながら、欠陥の適当な高コントラスト像が達成されるまで例示的なオブジェクトのディスプレイを観察することができる。このプロセスは、レンズ及び/又はカメラアセンブリが電気機械的に(又は他の方法で)駆動されるアイリスを含んでいる場合は自動的に実行できる。ビジョンシステムプロセッサを使用して、取得された画像内でどの設定が最も高いコントラスト差を与える欠陥を可能にするかを決定することによってアパーチャ設定を最適化できる。 In general, adjustment of the lens aperture can be accomplished in a variety of ways. If the lens body is provided with an adjustment ring, the user can rotate it and observe the display of the exemplary object until a suitable high contrast image of the defect is achieved. This process can be performed automatically if the lens and / or camera assembly includes an iris that is driven electromechanically (or otherwise). A vision system processor can be used to optimize aperture settings by determining which settings allow the defect that gives the highest contrast difference in the acquired image.
ここで図9及び図10を参照すると、(それぞれ)ビジョンシステムカメラ910及び2Dピクセル配列を有する光学系912を備えた例示的なビジョンシステム900及び1000を示している。これらのビジョンシステムは例示的な鏡面を有する静止オブジェクト920の2D画像を取得し、1個の照明器930(図9)又は複数(例えば2個)の照明器1030及び1032(図10)を含んでおり、各々軸外照明を提供して上述した鏡面オブジェクト920の上又は下にある丘欠陥特徴と谷欠陥特徴を照明できる。光学系912と関連付けられている開口アイリス又は他の構造は上述したナイフエッジ(一般的に部材KE2で表す)を提供する。照明器930、1030及び1032はそれぞれLED照明器(例示的な軸外LED940と光学系942によって示す)、ファイバーバンドル照明器又はその他の許容可能な前方照明器であってよい。慣用的設計のビームスプリッタ950、1050及び1052は各光軸960、1060と一致して置かれており、照明器はビームを軸960、1060に対して90度の角度で投影し、入射光線を2以上のビームに分割できるプレート、キューブ、プリズム又はその他のデバイスであることができ、同じ屈折力を有しても有しなくともよく、90度の角度で向けられても向けられなくともよい。このようにして軸外照明はイメージャの光軸と一致するようになる。このことはよりコンパクトな設計を可能にし、潜在的に照明器をカメラ光学系と統合することを可能にする。図9では1個の照明器930が使用されているのに対し、(例えば)互いに反対側から照明する2個の照明器1030、1032(図10)を使用して表面上の欠陥のより統一的な画像を生成する。ビームスプリッタはレンズなども含め種々の偏光フィルタ及び他の光調整コンポーネントを含み得ることに留意されたい。例えばカメラ光学系912と共同して偏光子P2を含んでいてもよい。照明器930、1030は光路内に対応する偏光子PI2を含むことができ、照明器1032はその光路内に対応する偏光子PI3を含む。偏光子は上述したように配置されて機能する(図5参照)。
9 and 10,
IV.結果 IV. result
図11は、一実施形態によるビジョンシステムによって生み出されるディスプレイ画像1100の図式的な表現を示す。画像は複数の表面(又は表面下)欠陥1110、1120、1130、1140、1150及び1160が特定されたオブジェクト表面を表している。これらの例示的な欠陥はそれぞれ谷部(1110、1120、1130及び1140)又は丘部(1150及び1160)であり、丘部又は谷部のいすれが照明されるかによってそれらの明るい半分と暗い半分が異なる方向に向けられている。しかしながら各丘部と各谷部はサイズ/形状にかかわらず、照明の傾きの結果として共通の向きの明るい半分と暗い半分を示している。更にビジョンシステムプロセスは欠陥に関係する画像データを用いて、それらが潜在的に許容可能なサイズを表しているか決定できる。
FIG. 11 shows a schematic representation of a
V.波状表面特徴の検出及び評価 V. Detection and evaluation of wavy surface features
上述したシステム及び方法を用いて、鏡面オブジェクト上の起伏する、波打つ若しくは波状の表面特徴の形式による欠点/欠陥を決定できる。例を挙げると、平坦なパネルスクリーンは丘部又はくぼみよりも、(ある程度連続的な)波打つ(波状の)特徴の区域を有することがある。一部の波形は受け入れ可能であるが、そのような特徴がリップルの面積又は大きさ(振幅)の点で過剰であれば許容閾値を超えてオブジェクトは欠陥があると見なされることが想定されている。 Using the systems and methods described above, defects / defects in the form of undulating, wavy or wavy surface features on specular objects can be determined. By way of example, a flat panel screen may have areas of undulating (waving) features (somewhat continuous) rather than hills or depressions. Some waveforms are acceptable, but it is assumed that if such features are excessive in terms of ripple area or magnitude (amplitude), the object is considered defective beyond the acceptable threshold. Yes.
図12は、鏡面の波形が決定及び評価される手順1200を示す。手順1200のステップ1210で、画像システムは一般的に上述したように軸外照明とナイフエッジ構造を用いて、場合によっては波状の鏡面オブジェクト表面の画像を取得する。この画像は同時に適当なレンズを用いて全オブジェクトについて取得でき、又はライン走査方式(以下に説明する)で取得できる。照明とナイフエッジの配置構成は表面に投影された光のほとんどを画像センサ光学系から、若しくはナイフエッジ構造内に反射させ、波又はリップルのスロープに基づいて反射光の一部は画像センサ内に向けられる。その結果としてより暗いフィールドによって囲まれた明るいリップル(例えばライン)が生じる。明るいラインとして現れる一連のそのようなリップルは、取得された画像内で定義される。
FIG. 12 shows a
例示的な実施形態において、取得された画像データには種々の画像処理手順、例えばガウス平滑化プロセスを加えることができる。 In an exemplary embodiment, various image processing procedures, such as a Gaussian smoothing process, can be applied to the acquired image data.
手順1200のステップ1220で、取得された画像内のピクセルの全体画像明度マップに統計的解析を実施して、例えば画像内のピクセル(グレースケール)明度とピクセル頻度を対比したヒストグラムを作成できる。図13を参照すると、両平滑な表面特徴と波状表面特徴の両方を有する画像のヒストグラムが示されている。一般的に平滑区域は高い頻度の明度分布が密集していることを示している。逆に、波状区域は低い頻度で明度が広く拡散していることを示している(ヒストグラムのエリア1310及び1320)。それゆえ波状区域は図14の比較的広いヒストグラム1400によって表すことができるのに対し、平滑区域は比較的狭いヒストグラム1500によって表すことができる。これは取得された画像の平滑区域と波状区域を解析するための多種多様な統計的技術の1つであり、一般的にはあるピクセル明度値の発生の程度を用いることに留意されたい。
At
再び図12の手順1200を参照すると、例えばヒストグラムにおける明度値の分布が評価される(ステップ1230)。評価はヒストグラム解析を含むことができ、(例えば)ピクセル値のグレースケールレベル分布が計算されてヒストグラム尾部が生成される。手順1200は次いで(例えば)ヒストグラム尾部が平均値が許容可能な範囲内にあるか計算することによって波状欠陥又は他の欠陥が存在するか決定する(決定ステップ1250)。波形/欠陥が存在する(例えばヒストグラム尾部が平均値の範囲外にある)場合、手順1200はステップ1260に分岐する。例を挙げると、尾部が範囲外にある各ヒストグラムに対する画像に閾値を適用できる。この閾値はユーザが設定するか、又は自動的に決定できる。次いで閾値画像内のすべての欠陥のサイズと位置を測定する。何らかの欠陥(又は欠陥の集合)を測定した結果、所定のメトリック(ユーザが定義するか自動的に設定される)を超過していたら、手順1200はオブジェクト表面上の特定の欠陥及び/又はそのような欠陥の位置を指示する。手順は他のアクション、例えば部品拒否又はアラームの発生を取ることもできる(ステップ1270)。逆に、ヒストグラム尾部によって波形及び/又は欠陥が指示されない場合は、オブジェクトは許容可能と見なされ、一般的に実質的な欠陥はない。このことは指示され及び/又はアクションは取られない(ステップ1280)。
Referring again to
鏡面オブジェクト上の波状表面特徴を評価するための上述した手順(1200)は、ライン走査プロセスの方式で実行できる。図16及び図17はそれぞれ配置構成1600及び1700を示しており、例示的な波状表面特徴1720(図17)を有するオブジェクト1610は、画像センサLSの視野(ライン1630)にわたり既知の(例えばエンコーダを介して)運動(両矢M)に沿って向けられている。走査運動MOは、相反する方向のいずれか一方又は相反する方向の両方が該当することに留意されたい。画像センサLSはカメラLSC内にあり、ライン走査センサとして構成されており、1列のピクセルでオブジェクト表面から反射された画像を取得できるようにされている。カメラ視野1630の区域は、ハウジングLIH内のライン照明源LIによって提供される軸外照明によって照明される。この照明源(LI)は任意の許容可能な光構成、例えばLEDのラインであってよい。光は、所望の幅WIと不定の長さの照明区域(運動方向MOに対して横断方向のオブジェクト表面にわたる)を提供する慣用的な設計と形状の円筒レンズ1650によって集束される。例示的な実施形態において、照明ラインの幅WIは数ミリメートル以下であることができるが、走査の解像度に依存してこれより狭くても広くてもよいことに留意されたい。長さは光源LIと円筒レンズ1650の対応する長さによって決定される。円筒レンズは、包囲されたレンズホルダ1640によって照明源LIから離して配置されて、照明源LIとオブジェクトの表面1610との間で所望の焦点距離を提供する。例示的な実施形態において、円筒レンズ1650はレンズホルダ1640によって表面内のラインに焦点を合わせる距離に離された半円筒レンズとして定義され得る。図示されているように光の軸外投影は、放射された光1652(図17に図示された面又は扇として投影)の大部分を画像センサ光学系(例えばレンズアパーチャ)LA及び/又は何らかの外部ナイフエッジ構造の外側に反射させる(ライン1654)。傾斜した表面によって反射されて受光される光1656は、図示されているようにライン走査カメラLSCによって受光される。例示的な実施形態では、包囲されたレンズホルダ1670の端部に置かれた他の円筒レンズ1660が、受光した光をカメラ光学系(ナイフエッジ構造LA)及びライン走査センサLSに集束させる。当業者には図示された円筒レンズの他に多様なカメラ光学系配置構成が自明であろう。図16に示されているように、照明源LIの光路内に(光路に沿った様々な位置に)偏光子PI4を設けることができる。同様に、センサLSの受光された光路内に偏光子P3を設けることができる。これらの部材も設けられているが、見やすくするために図17の配置構成1700には図示されていない。
The procedure (1200) described above for evaluating wavy surface features on a specular object can be performed in a line scanning process manner. FIGS. 16 and 17
円筒レンズ形状が用いられているが、代替配置構成において多様な横断面形状、例えば放物面を採用できることに留意されたい。同様に、照明光を集束させるために、レンズの代わりに又はレンズに加えて鏡を使用できる。有利には、照明配置構成は全表面が一貫して高い明度を達成し、走査された各ラインが表面の局所的スロープを完全に表現することを保証する。この配置構成も有利には、任意のサイズ表面が撮像されてくぼみ、丘部及び波形について解析されることが可能にする。例えばタブレット若しくはラップトップのスクリーン、又は大型の薄型フラットパネルテレビは、十分長いライン照明アセンブリとオブジェクト表面にわたる1以上のライン走査カメラを設けることによって解析できる。各カメラは全体オブジェクトの部分を撮像して表面の別個の評価又はつなぎ合わせた評価を提供できる。 Note that although cylindrical lens shapes are used, various cross-sectional shapes, such as paraboloids, can be employed in alternative arrangements. Similarly, a mirror can be used instead of or in addition to the lens to focus the illumination light. Advantageously, the illumination arrangement ensures that the entire surface consistently achieves high brightness and that each scanned line fully represents the local slope of the surface. This arrangement also advantageously allows any size surface to be imaged and analyzed for indentations, hills and waveforms. For example, a tablet or laptop screen, or a large thin flat panel television can be analyzed by providing a sufficiently long line lighting assembly and one or more line scanning cameras across the object surface. Each camera can image a portion of the entire object and provide a separate or stitched evaluation of the surface.
オブジェクトの大きいエリアは、例えばフレネルレンズ又は他の光学的配置構成と共同して照明器を用いる代替実施形態において撮像できることが明確に想定されていることにも留意された。 It was also noted that it is clearly envisioned that a large area of the object can be imaged in an alternative embodiment using an illuminator in conjunction with, for example, a Fresnel lens or other optical arrangement.
VI.ライン、ディスク及び環状光学系マスク VI. Line, disc and ring optics mask
図18は、一般化されたビジョンシステム配置構成1800の例示的な実施形態の模式図を示しており、画像センサ1820と光学系アセンブリ1830を備えたビジョンシステムカメラアセンブリ1810を含んでいる。センサ1820は(図示されているように)一般的に上述した方法でビジョンシステムプロセス(プロセッサ)と相互接続されており、センサ1820によって取得された画像で適当なビジョンシステムタスクを実行する。光学系アセンブリ1830は任意の許容可能な可変又は固定焦点及び/又は可変又は固定アパーチャレンズユニット、又はレンズユニットの組み合わせ、例えば慣用的なM12ベース、Fマウント又はCマウントレンズであってよい。
FIG. 18 shows a schematic diagram of an exemplary embodiment of a generalized
例示的な実施形態によれば、光学系/レンズアセンブリ1830の前面1832を固定又は可動マスクアセンブリ1840でカバーすることができる。マスクアセンブリ1840はねじ式若しくはスナップ式であってよく、又はレンズアセンブリ1830の前にブラケット(図示せず)を介して組み付けることができる。マスクアセンブリ1840は粘着アップリケ又はコーティングとしてレンズアセンブリの前面(又は他の面)に直接付けることもできる。ねじ式アタッチメントの場合、マスクアセンブリ1840は種々のレンズ構成と併せて使用するために他の慣用的フィルタと同様に作動でき、慣用的なレンズフィルタマウントに装着するように適合できる。
According to an exemplary embodiment, the
随意に、マスクアセンブリ1840は.所望に応じて手動又は自動で(例えばソレノイド、サーボ、ステッパなどを介して)レンズの光路内又は光路外に設けることができる。マスクアセンブリは(例えば)電気光学機構であってもよく、随意の制御回路1850を介して所望のサイズと形状の完全に透明なパターンと部分的に不透明なパターンとの間で変化できる。非制限的な例として、マスクアセンブリ1840は窓(典型的に円形)を有することができ、これはLCDシャッタ、又は他の形式の設定可能な窓を含む。
Optionally,
配置構成1800は、上述した照明器1860を含んでおり、これは光を表面1870の全体面に対して直角ではない角度(図示されている)で投影するように向けられている。この例では、表面1870は少なくとも1つの方向に沿った一連の丘部1872とその間に介在する凹み部1874からなる波形をなしている。斜めの光が丘部と凹み部に当たって散乱し、その光の一部がカメラ光学系アセンブリ1830に進入する。マスクアセンブリ1840はその種々の形式でナイフエッジ部材として規定され、散乱光の多くを減衰して所定の制限された角度範囲の光だけをセンサ1820に向ける。この実施形態ではマスクカバー/コーティングは破線1880で表されており、これは中央のカバーされた区域1882と外側のカバーされた区域1884を含み、中央のカバーされた区域1882と外側のカバーされた区域1884の間には、表面1870から反射した光線1890が通過する開いたアパーチャがある。種々の実施形態で、偏光子PI5は照明器1860と共同して設けられており、対応する偏光子P4は光学系/レンズアセンブリと共同して設けることができる。偏光子は上述したように配置されて機能することができる(例えば図5参照)。
図19は、例示的な実施形態によるビジョンシステム配置構成1900のより詳細な例を示す。この実施形態は、上で図9に示され説明されたのと同様のビームスプリッタと偏光子構成を含んでいる。具体的には、配置構成1900はカメラアセンブリ1910とレンズ/光学系1920を含む。レンズ/光学系1920は、本明細書の実施形態によるマスクアセンブリ1930を含む。マスクアセンブリ1940の前には偏光子P5があり、上述した原理に従って作動する。ビームスプリッタ1950が設けられており、これを通して検査中のオブジェクト1960から反射した光はカメラ1910に伝達される。照明アセンブリ1970が設けられている。照明アセンブリ1970は照明源1972と集光レンズ1974を含む。偏光子PI6は集光レンズの前に置かれている。偏光子P5はその表面上にマスクパターンを含むことができ、アセンブリはレンズ1920の前面にねじ式又はスナップ式アタッチメントとして設けることができるることに留意されたい。
FIG. 19 shows a more detailed example of a
例示的な実施形態による他のビジョンシステム配置構成2000。配置構成2000は、カメラアセンブリ2010とレンズ/光学系2020を含む。レンズ/光学系2020は本明細書の実施形態によるマスクアセンブリ2030を含む。マスクのアセンブリ2040の前には上述した原理に従って作動する偏光子P6が設けられている。ビームスプリッタ2050が設けられており、これを通して検査中のオブジェクト2060から反射した光はカメラ2010に伝達される。この実施形態では、集光レンズ2070はビームスプリッタ2050とオブジェクト2060の間に置かれている。集光器は照明アセンブリ2080と共同して作動し、照明アセンブリ2080は照明源2082、集束レンズ2084及び偏光子PI7を含む。集束レンズ2084、集光レンズ2070及びその他の光学的コンポーネントは、当業者には自明な既知の光学系原理に従って寸法設計及び配置できることに留意されたい。 Another vision system arrangement 2000 according to an exemplary embodiment. The arrangement 2000 includes a camera assembly 2010 and a lens / optical system 2020. The lens / optical system 2020 includes a mask assembly 2030 according to embodiments herein. In front of the mask assembly 2040 is a polarizer P6 which operates according to the principles described above. A beam splitter 2050 is provided through which light reflected from the object 2060 under inspection is transmitted to the camera 2010. In this embodiment, the condenser lens 2070 is placed between the beam splitter 2050 and the object 2060. The concentrator operates in conjunction with the illumination assembly 2080, which includes an illumination source 2082, a focusing lens 2084, and a polarizer PI7. It should be noted that the focusing lens 2084, the condenser lens 2070, and other optical components can be dimensioned and arranged according to known optical principles that will be apparent to those skilled in the art.
上述した種々のマスクアセンブリの中央カバー区域と外側カバー区域は、多様な幾何学的形状、サイズ及び関係であってよい。適当なマスクの選定は経験に基づいて行うか、又は検査中の所定の表面に対して最良画像を得るための試行錯誤によって行うことができる。これは種々のタイプの/サイズのマスクパターンを提示する図21−図27に更に詳細に示されている。 The central cover area and the outer cover area of the various mask assemblies described above can be a variety of geometric shapes, sizes and relationships. Selection of an appropriate mask can be based on experience or by trial and error to obtain the best image for a given surface under inspection. This is illustrated in more detail in FIGS. 21-27, which present various types / sizes of mask patterns.
図21を参照して、ナイフエッジ部材を生成するマスク2100の一形式は、透明な線状アパーチャ2120内で中心に位置する中央の不透明なライン2110を規定する。透明なアパーチャ2120を囲んでいるマスクの残りの外側エリア2130は不透明である。ライン2110、2120は一般に表面の特徴的な波形の延長方向(ある場合)に対して平行に向けられており、この形式のマスクはそのような条件では最も効果的である。より一般的に、延長の方向は所望の表面特徴を強化又は抑制するために(例えばマスクを回転させて)選ばれる。配置構成の機能をよりよく理解するために非制限的な例を挙げると、アパーチャWLAの幅は可変であり、例えば直径D0が50〜55ミリメートルのレンズに対して5〜10ミリメートルであり、中央の不透明なラインWLは1〜5ミリメートルである。一般に、ラインの幅WLは照明から集束されたスポットの幅に一致するように寸法設計される。以下のマスク構成(図22−図27)は類似のレンズ直径D0を前提としていることに留意されたい。全体寸法はレンズの直径の大小に比例して変化し得る。
Referring to FIG. 21, one type of
図22は、直径DD(5〜10ミリメートル)の中央の不透明な円形(隠蔽)ディスク2210からなるマスク2200を示す。このディスクは配置構成に所望のナイフエッジ部材を提供する。一般に、ディスクのサイズは強化又は抑制すべき表面特徴(例えば欠陥)のサイズに一致するように選ばれる。この例示的なマスク配置構成2200はレンズの縁(破線の円2230)に外側の不透明な区域がなく透明であることに留意されたい。この基本的なナイフエッジ部材は、表面上の種々の方向に向いてよい丘部と凹み部から所定の角度範囲内で光を受光できるようにする。
FIG. 22 shows a
図23は、直径DD1(約9ミリメートル)を有する中央の不透明な(隠蔽)ディスク2310と、内径DA(約14ミリメートル)を有する外側の不透明な環状区域2330を規定するマスク2300を示す。ディスク径DD1と外側区域2330との差から透明な環状窓2320が生まれ、表面から反射された光はこれを通過できる。特に、中央の隠蔽形ディスクの直径はナイフエッジ部材の方式で光の減衰度を規定し、外側の環状区域の直径は解像力を増すために光学系の共焦点効果を規定する。
FIG. 23 shows a
中央の隠蔽ディスクと外側の環状区域を有し、それらの間に環状アパーチャを規定するマスクの構成2400、2500、2600及び2700の更に別の例が、それぞれ図24、図25、図26及び図27に示されている。非制限的な例として、マスクの2400のディスク径DD2は約5〜6ミリメートル、外側環状区域の内径DA1は約8〜9ミリメートルである。マスク2500のディスク径DD3は約3〜4ミリメートル、外側環状区域の内径DA2は約5〜6ミリメートルである。マスク2600のディスク径DD4は約3〜4ミリメートル、外側環状区域の内径DA3は約8〜9ミリメートルである。加えて、マスク2700のディスク径DD5は約5−6ミリメートル、外側環状区域の内径DA4は約10−12ミリメートルである。これらの寸法は広範に可能な寸法の例にすぎず、検査角度の下に置かれた表面の個々の特徴や、ビジョンシステム配置構成における照明の明度及び/又は波長に応じて調整できる。
Further examples of
一般的に上述したように、マスクは多様な技術(例えばスクリーンプリント、フォトリソグラフィ、パターンを印刷又は成形した透明な塗膜の塗布など)を用いて適当なパターンを有するコーティングを施すことによってフィルタ状のガラス表面に構成できる。固定したマスクパターンをカメラの光学系に塗布するために、多様な技術を使用できることは当業者には自明であろう。同様にやはり上述したように、マスクは、例えばピクセルで表された表面を含む能動部品であることができる。マスクパターンの所望の形状とサイズを生成するために、ビジョンシステムプロセッサと別個であるか、又はその一部であるコントローラが能動マスクの個々のピクセルをアドレス指定する。特に、コントローラは、ユーザ又は自動化されたビジョンシステムプロセスが(例えばコントラストに基づいて)最良のパターン設定を決定するまで、種々の構成を通過するように適合できる。パターンは形状が図21−図27に示した形状と類似しているか、又はユニークな表面特徴及び/又は波形パターンと一致するより複雑な形状を有することができる。 In general, as described above, the mask is formed into a filter by applying a coating having an appropriate pattern using various techniques (for example, screen printing, photolithography, application of a transparent coating on which a pattern is printed or formed). The glass surface can be configured. Those skilled in the art will appreciate that a variety of techniques can be used to apply the fixed mask pattern to the camera optics. Also as described above, the mask can be an active component that includes a surface, eg, represented by pixels. To generate the desired shape and size of the mask pattern, a controller that is separate from or part of the vision system processor addresses the individual pixels of the active mask. In particular, the controller can be adapted to go through various configurations until a user or automated vision system process determines the best pattern settings (eg, based on contrast). The pattern can have a more complex shape that is similar in shape to that shown in FIGS. 21-27 or that matches a unique surface feature and / or corrugated pattern.
ある実施形態において、1以上のビジョンシステムプロセッサと相互接続された複数のカメラを使用できることに留意されたい。各カメラは、異なるサイズ及び/又は構成のマスク(例えば異なるサイズの隠蔽ディスク)を用いて類似の角度又は異なる角度からオブジェクト表面の画像を取得でき、表面の複数の画像を解析でき、異なるサイズ、形状及び/又は向きの波形特徴が適当に撮像されることを確保できる。同様に、マスクが可変である(光学系の前面に異なるマスクを置くか、又はマスクのパターンを変化させる)場合も、複数の画像を取得して解析できる。 Note that in some embodiments, multiple cameras interconnected with one or more vision system processors can be used. Each camera can acquire images of the object surface from similar or different angles using different sized and / or configured masks (eg, different sized concealment disks), can analyze multiple images of the surface, It can be ensured that waveform features of shape and / or orientation are properly imaged. Similarly, when the mask is variable (a different mask is placed on the front surface of the optical system or the mask pattern is changed), a plurality of images can be acquired and analyzed.
図28の画像2800を参照して、ハンドヘルデバイスの慣用的タッチスクリーンが、上述した実施形態によるマスクを用いて撮像されて示されている。この画像では表面の波形を明確に識別できるが、裸眼若しくはより慣用的なにはビジョンシステム配置構成には比較的平坦な特徴ない表面に見える。図29では、画像2900は更に一般には見えない、この例ではタッチスクリーンのセンサマトリックス/配列2910の詳細を示している。更に、本文書に記載したマスクと撮像技術を用いて達成できる詳細度が、図30の画像の例で示されており、図29の配列2910の個々のワイヤ3010がタッチスクリーンの区域の近接撮影で明瞭に識別できる。
Referring to image 2800 of FIG. 28, a conventional touch screen of a handheld device is shown imaged using a mask according to the embodiments described above. Although this image can clearly identify the waveform of the surface, it appears as a relatively flat featureless surface to the naked eye or, more commonly, to a vision system arrangement. In FIG. 29, the
VII.結論 VII. Conclusion
上述したシステム及び方法が、多様な多層及び単層鏡面上の丘欠陥と谷欠陥及びリップル/波形欠陥を含むスロープ欠陥を特定するための効果的な技術を提供することは明らかであろう。適当な波長の照明光とフィルタ(例えば種々の偏光子)を適用することによって、システム及び方法は種々のコーティングや層を有する表面を効果的に画像できる。望ましく、例示的なナイフエッジ構成は欠陥のスロープ(一次導関数)を識別して、丘部又は谷部から反射する光を、欠陥のどちら側にあるかによって背景よりも明るく又は暗く見せることができる。欠陥のサイズは潜在的に欠陥のスロープに比例的に連動している。小さい欠陥は小さいスロープを有し、それは照明光線を背景からわずかな量しか偏向させないであろう。光源の空間的な広がりが小さければ検査中の表面から反射した後に小さい焦点にもたらすことが可能となり、欠陥光を遮断することなく背景を遮断することが容易になる。しかしながら光源を大きくすれば、生産環境で生じる可能性のある表面傾斜ランダム試験のネガティブな影響は減少するが、欠陥コントラストが低下するという犠牲を伴う。従ってナイフエッジは背景光線を遮断することにより望ましくコントラストを強める。加えて、例示的にスロープと形状と偏光検出の組み合わせを使用することにより、背景光のほとんどは反射されてカメラのアパーチャから除去されるが、傾斜した欠陥からの光はカメラ内に高コントラストで集束される。更に例示的な配置構成により、一般にライン走査カメラと集束した照明ラインを用いて鏡面のサイズを広範に変化させることが可能になる。本文書に記載した実施形態は、特定の表面波形の極めて微細な表示を可能にするナイフエッジ部材及び他の部材(例えば共焦点部材)を含むマスクも提供する。 It will be apparent that the systems and methods described above provide an effective technique for identifying slope defects, including hill and valley defects and ripple / waveform defects on a variety of multilayer and single-layer mirrors. By applying appropriate wavelengths of illumination light and filters (eg, various polarizers), the system and method can effectively image surfaces with various coatings and layers. Desirably, the exemplary knife edge configuration identifies the slope of the defect (first derivative) and makes the light reflected from the hills or valleys appear brighter or darker than the background depending on which side of the defect it is. it can. The size of the defect is potentially proportional to the slope of the defect. A small defect will have a small slope, which will deflect a small amount of illumination light from the background. If the spatial extent of the light source is small, it is possible to bring it to a small focal point after reflection from the surface being inspected, and it becomes easy to block the background without blocking defect light. However, increasing the light source reduces the negative effects of surface tilt random testing that may occur in the production environment, but at the cost of reduced defect contrast. Thus, the knife edge desirably enhances contrast by blocking background light. In addition, by using an exemplary combination of slope, shape and polarization detection, most of the background light is reflected and removed from the camera aperture, while light from tilted defects is in high contrast in the camera. Focused. Furthermore, the exemplary arrangement allows the size of the mirror surface to be widely varied, typically using a line scan camera and a focused illumination line. The embodiments described herein also provide a mask that includes a knife edge member and other members (e.g., confocal members) that allow for very fine display of a particular surface waveform.
以上、本発明の例示的な実施形態を詳細に説明した。本発明の精神と範囲を逸脱することなく種々の改変及び追加を行うことができる。上述した種々の実施形態の各々の特徴は、関連する新しい実施形態において多数の特徴の組み合わせを提供するのに適する限り、別の記載された実施形態の特徴と組み合わされてよい。更に、上に本発明の装置と方法の多数の別個の実施形態を記したが、ここに記載されたものは本発明の原理の応用を例示したものに過ぎない。例えば本明細書中で使用される「プロセス」及び/又は「プロセッサ」という言葉は広く電子ハードウェア及び/又はソフトウェアをベースとする多様な機能及びコンポーネントント(或いは機能的「モジュール」又は「エレメント」と呼ぶことがある)を含むものと解釈されるべきである。更に、図示されたプロセス又はプロセッサは他のプロセス及び/又はプロセッサと組み合わせ、又は種々のサブプロセス又はサブプロセッサに分割されてよい。そのようなサブプロセス及び/又はサブプロセッサは、本明細書に記載された実施形態に従って多様に組み合わせることができる。同様に、本明細書中の何らかの機能、プロセス及び/又はプロセッサは、プログラム命令の非一時的コンピュータ可読媒体からなる電子ハードウェア、ソフトウェア、或いはハードウェアとソフトウェアの組合せを用いて実施できることが明確に想定されている。更に、本明細書で使用される様々な方向及び/又は向きを表す用語、例えば、「垂直」、「水平」、「上」、「下」、「底部」、「頂部」、「側部」、「前部」、「後部」、「左」、「右」及びこれに類するものは、相対的な表現法として用いられているに過ぎず、重力の作用方向など固定した座標系を基準とした絶対的な向きを表すものではない。加えて、与えられた測定、値又は特徴に関して「実質的に」又は「近似的に」という言葉が用いられている場合、それは所期の結果を達成するための通常の操作範囲内にある量を指しているが、システムに許容された誤差の範囲内の固有の不正確さや誤りに起因するある程度のばらつきを含む(例えば1−5パーセント)。従ってこの説明は例示の方法によるものであり、本発明の範囲を別途制限することを意味するものではない。 The exemplary embodiments of the present invention have been described in detail above. Various modifications and additions can be made without departing from the spirit and scope of the invention. The features of each of the various embodiments described above may be combined with the features of other described embodiments as long as they are suitable to provide a combination of multiple features in the related new embodiment. Furthermore, while a number of separate embodiments of the apparatus and method of the present invention have been described above, what has been described is merely illustrative of the application of the principles of the present invention. For example, as used herein, the term “process” and / or “processor” refers to a wide variety of functions and components based on electronic hardware and / or software (or functional “modules” or “elements”). Should be construed as including). Further, the illustrated process or processor may be combined with other processes and / or processors or divided into various sub-processes or sub-processors. Such sub-processes and / or sub-processors can be variously combined according to the embodiments described herein. Similarly, any functions, processes, and / or processors herein may be implemented using electronic hardware, software, or a combination of hardware and software comprising non-transitory computer readable media of program instructions. Assumed. Further, terms used in the present specification to represent various directions and / or orientations, such as “vertical”, “horizontal”, “top”, “bottom”, “bottom”, “top”, “side” , "Front", "Rear", "Left", "Right" and the like are only used as relative expressions and are based on a fixed coordinate system such as the direction of gravity action. Does not represent an absolute orientation. In addition, when the term “substantially” or “approximately” is used with respect to a given measurement, value or characteristic, it is an amount that is within the normal operating range to achieve the desired result. , But includes some variation due to inherent inaccuracies and errors within the tolerance of the system (eg, 1-5 percent). Accordingly, this description is by way of example only and is not meant to otherwise limit the scope of the present invention.
以下に特許請求の範囲を記載する。
The claims are described below.
Claims (26)
構造化光線を、前記光軸に対して非平行な所定の角度で前記表面に投影する照明器アセンブリと、
前記光学系の最大視野の一部を可変に塞ぐ前記光学系と関連付けられたナイフエッジ部材とを有し、
前記ナイフエッジ部材と上記の所定の角度はそれぞれ、前記光学系を通して前記画像センサに反射される光が実質的に表面上の特徴の傾斜した丘部と谷部から伝達されて、傾斜した丘部と谷部を包囲する区域からの反射光は前記ナイフエッジ部材によって塞がれるように設定されている、
オブジェクトの鏡面上の欠陥を撮像するためのシステム。 A vision system camera, having an image sensor and an optical system, defining an optical axis and oriented to image a surface;
An illuminator assembly that projects structured light onto the surface at a predetermined angle non-parallel to the optical axis;
A knife edge member associated with the optical system that variably blocks a portion of the maximum field of view of the optical system;
Wherein each knife edge member and the predetermined angle described above, the light reflected to the image sensor is transferred from the inclined lands feature on substantially the surface valleys through the optical system, the inclined lands The reflected light from the area surrounding the valley is set to be blocked by the knife edge member ,
A system for imaging defects on an object's specular surface.
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